Áram frekvencia átalakító:

Tekintve, hogy az áramkör a készülék „lelke”, részletesen okulásul, csak a frekvencia átalakító működését írom le.

A terhelésen átfolyó áramot, egy sönt-ellenálláson (0,3 ohm) érzékeljük. A feszültség az R2 ellenálláson keresztül, a P1 feszültségosztóra kerül. Ezzel az eszközzel kalibráljuk a készüléket.

Amennyiben a sönt-ellenálláson a feszültségesés 1,5V-nál magasabb, a D1 LED kinyit és 1,5V körül tartja a P1-en mérhető feszültséget. Így a D1 LED-nek csak védelmi szerepe van.

A P1 csúszkájáról lejövő feszültség az R18-C1 szűrő tagon keresztül az U1a műveleti erősítőre jut. Az U1a-R3-Q1 alkatrészek egy feszültségvezérelt áramgenerátort alkotnak. U1a kimenete, addig nyitja a Q1 Gate-jét, míg a P1 csúszka és a + tápfesz között mért feszültséget be nem állítja az R3 ellenálláson. Ohm törvénye szerint, ha egy ellenálláson a feszültség állandó, akkor a rajta folyó áram is állandó. Viszont a FET tranzisztor Source árama megegyezik a Drain áramával. Így az áram állandó értékű akkor is, ha a Drain-Source feszültsége változik. A vezérelhető áramgenerátor az R1-en eső feszültséggel arányos, de konstans árammal tölti a tantál kondenzátort.

Amikor a kondenzátor feszültsége eléri a tápfeszültség 2/3-ad részét, az NE555 igen rövid idő alatt kisüti a kondenzátort a tápfeszültség 1/3-ad értékéig, és lépteti az U3 tárolót, majd a ciklus kezdődik elölről. A kisütési idő, az ütemidőhöz képest elhanyagolható.

A választott kondenzátor, és szükséges idő ismeretében, a kondenzátor töltéséhez szükséges áramot, a népszerű Q=C*U (kucu) képlet átrendezésével határozhatjuk meg. Tekintve, hogy Q=I/t ezért az I=(C*U)/t. Esetünkben az Ig=(C*Uc)/t képlet alapján számolunk. A kondenzátor feszültség növekedésének sebessége a töltőáram nagyságától függ, ami viszont a terhelő áram értékétől, így a háromszögjel frekvenciája az akkumulátor terhelő áramának függvénye.

A kondenzátor töltőárama a kapacitás függvényében, kiszámítható. C=22uF, Uc=1/3*Ut azaz 1,66V t=18sec (mert a felezést is figyelembe vesszük) Így az Ig töltőáram 2,03uA értékre jön ki.

Ha R1 ellenálláson 1A áram folyik, akkor azon 0,3V feszültség esik. P1 kétharmados állásában a csúszkán 0,2V feszültség mérhető. Ez a feszültség jelenik meg az R3 ellenálláson, miközben rajta az Ig (2uA) áram folyik. R3=U/I=0,2V/2uA=100kohm

Az áramkör I/f aránya, P1 potenciométerrel állítható. Az állításra a kalibráció miatt és az alkatrészek szórása miatt is szükség van.

Tekintettel arra, hogy a léptető impulzusok igen lassúak, ezért egy bináris osztót (U3a) iktattam közbe. Így a feszültség frekvencia átalakítónak „csak” 18sec-onként kell egy ütemjelet generálni. A U3a Q1 kimenetére, egy sárga LED és egy differenciáló fokozat kapcsolódik. Ez a fokozat egy 0,1sec léptető jelet készít a Pedometer számára. A számlálót egy „P” csatornás MOS tranzisztor kapcsolgatja. Bár a kis számláló csak 1,5V/1uA árammal léptet, de jelenleg telepes üzemben van, ezért nem terhelheti még ez a kis áram sem folyamatosan a telepet. A Q2 a sárga LED felvillanásakor lépteti a számlálót, egy 100ms-os impulzussal.

Amikor készítettem a készüléket, gondolkodtam, hogy mivel számláljuk a kapacitást. A számlálónak kis fogyasztásúnak kell lenni, és ha „csak” amperórában számolunk, akkor is minimálisan 3digites számlálót kell alkalmazni. Eszembe jutott a nemrég a TESCO-ban mindössze 600Ft-ért vásárolt kis lépésszámláló (Pedometer). 5digites, alacsony fogyasztású, és minden különösebb átalakítás nélkül a készülékhez illeszthető. Úgy gondolom, ennél olcsóbban és egyszerűbben nem tudtam volna megvalósítani a számláló funkciót.

Feszültségfigyelő és terheléskapcsoló:

A készülék üzemmódját az U3b-ból kialakított RS tároló őrzi meg. Két nyomógomb segítségével a kisütés ki-be kapcsolható. Bekapcsolás esetén a C11-nek köszönhetően a tároló, mindig alap állapotban van, tehát a terhelés kikapcsolt. Az U1b nullkomparátor figyeli az akkumulátor feszültségének állapotát. És amennyiben az 10V-ra csökken, törli a tárolót, és ezzel kikapcsolja a terhelést. Így egyben az akkumulátor túlzott kisütése ellen is véd a kapcsolás. Ha az akkumulátor feszültsége kisebb, mint 10V, a készülék a Be (On) gombbal sem kapcsolható be! (Ilyenkor csak a megnyomás idejére a zöld jelzés kialszik, de nem vált át pirosra.) A komparátor a tápfeszültség leosztott pontját használja referencia gyanánt, de ennél pontosabb érték nem szükséges. (6V-os alkalmazásnál ezt a referencia feszültséget kell módosítanunk.)